Hoe het grootste mysterie van het heelal wetenschappers van over de hele wereld heeft getroffen.
Kosmologen worden geconfronteerd met een ernstig wetenschappelijk probleem, dat duidt op de onvolkomenheid van de menselijke kennis over het heelal. De complexiteit betreft zoiets schijnbaar triviaal als de uitbreidingssnelheid van het heelal. Feit is dat verschillende methoden verschillende betekenissen aangeven - en tot dusver kan niemand de vreemde discrepantie verklaren.
Kosmisch mysterie
Momenteel beschrijft het standaard kosmologische model "Lambda-CDM" (ΛCDM) de evolutie en structuur van het universum het meest nauwkeurig. Volgens dit model heeft het universum een positieve kosmologische constante (lambda-term) die niet nul is, wat een versnelde expansie veroorzaakt. Bovendien verklaart ΛCDM de waargenomen structuur van de CMB (kosmische microgolfachtergrond), de verdeling van sterrenstelsels in het heelal, de overvloed aan waterstof en andere lichtatomen en de eigenlijke snelheid van vacuümexpansie. Een ernstige discrepantie in de expansiesnelheid kan echter duiden op de noodzaak van een radicale verandering in het model.
De theoretisch natuurkundige Vivian Poulin van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek en het Laboratorium voor Universum en Deeltjes in Montpellier stelt dat dit het volgende betekent: er is iets belangrijks gebeurd in het jonge universum dat we nog niet weten. Misschien was dit een fenomeen dat verband hield met een onbekend type donkere energie of een nieuw soort subatomaire deeltjes. Als het model er rekening mee houdt, verdwijnt de discrepantie.
Op de rand van een crisis
Promotie video:
Een van de manieren om de expansiesnelheid van het heelal te bepalen, is door de microgolfachtergrond te bestuderen - de relictstraling, die 380 duizend jaar na de oerknal verscheen. ΛCDM kan worden gebruikt om de Hubble-constante af te leiden door grote fluctuaties in de CMB te meten. Het bleek gelijk te zijn aan 67,4 kilometer per seconde voor elke megaparsec, oftewel ongeveer drie miljoen lichtjaar (bij zo'n snelheid divergeren objecten die op de juiste afstand van elkaar verwijderd zijn van elkaar). In dit geval is de fout slechts 0,5 kilometer per seconde per megaparsec.
Als we met een andere methode ongeveer dezelfde waarde krijgen, bevestigt dit de geldigheid van het standaard kosmologische model. Wetenschappers maten de schijnbare helderheid van standaardkaarsen - objecten waarvan de helderheid altijd bekend is. Dergelijke objecten zijn bijvoorbeeld type Ia supernovae - witte dwergen die niet langer materie van grote begeleidende sterren kunnen opnemen en exploderen. Door de schijnbare helderheid van standaardkaarsen, kunt u de afstand tot hen bepalen. Parallel daaraan kun je de roodverschuiving van supernovae meten, dat wil zeggen de verschuiving van golflengten van licht naar het rode gebied van het spectrum. Hoe groter de roodverschuiving, hoe sneller het object van de waarnemer wordt verwijderd.
Zo wordt het mogelijk om de expansiesnelheid van het heelal te bepalen, die in dit geval voor elke megaparsec 74 kilometer per seconde blijkt te zijn. Dit komt niet overeen met de waarden die zijn verkregen uit de ΛCDM. Het is echter onwaarschijnlijk dat een meetfout de discrepantie kan verklaren.
Volgens David Gross van het Kavli Instituut voor Theoretische Fysica aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, zou een dergelijke discrepantie in de deeltjesfysica geen probleem worden genoemd, maar een crisis. Een aantal wetenschappers was het echter niet eens met deze beoordeling. De situatie werd gecompliceerd door een andere methode, die ook gebaseerd is op de studie van het vroege heelal, namelijk baryon akoestische oscillaties - oscillaties in de dichtheid van zichtbare materie die het vroege heelal vullen. Deze trillingen worden veroorzaakt door plasma-akoestische golven en hebben altijd bekende afmetingen, waardoor ze eruit zien als gewone kaarsen. In combinatie met andere metingen geven ze de Hubble-constante consistent met ΛCDM.
Nieuw model
Het is mogelijk dat wetenschappers een fout hebben gemaakt bij het gebruik van Type Ia-supernovae. Om de afstand tot een ver object te bepalen, moet u een afstandsladder bouwen.
De eerste stap van deze ladder zijn de Cepheïden - veranderlijke sterren met een exacte periode-helderheid relatie. Met behulp van cepheïden kun je de afstand tot de dichtstbijzijnde type Ia-supernova bepalen. In een van de onderzoeken werden in plaats van Cepheïden rode reuzen gebruikt, die in een bepaald stadium van hun leven hun maximale helderheid bereiken - het is hetzelfde voor alle rode reuzen.
Hierdoor bleek de Hubble-constante gelijk te zijn aan 69,8 kilometer per seconde per megaparsec. Er is geen crisis, zegt Wendy Freedman van de University of Chicago, een van de auteurs van de paper.
Maar ook deze verklaring werd in twijfel getrokken. De H0LiCOW-samenwerking heeft de Hubble-constante gemeten met behulp van gravitatielenzen, een effect dat optreedt wanneer een massief lichaam de stralen van een ver object erachter buigt. De laatste zouden quasars kunnen zijn - de kernen van actieve sterrenstelsels die worden gevoed door een superzwaar zwart gat. Door zwaartekrachtlenzen kunnen meerdere afbeeldingen van één quasar tegelijk verschijnen. Door de flikkering van deze beelden te meten, hebben wetenschappers een bijgewerkte Hubble-constante afgeleid van 73,3 kilometer per seconde per megaparsec. Tegelijkertijd wisten wetenschappers tot voor kort het mogelijke resultaat niet, wat de mogelijkheid van fraude uitsluit.
Het resultaat van het meten van de Hubble-constante van natuurlijke masers die worden gevormd wanneer gas rond een zwart gat draait, was 74 kilometer per seconde per megaparsec. Andere methoden gaven 76,5 en 73,6 kilometer per seconde per megaparsec. Er doen zich ook problemen voor bij het meten van de verdeling van materie in het heelal, aangezien gravitatielenzen een andere waarde geven dan metingen van de microgolfachtergrond.
Als blijkt dat de discrepantie niet het gevolg is van meetfouten, dan is een nieuwe theorie nodig om alle beschikbare data te verklaren. Een mogelijke oplossing is om de hoeveelheid donkere energie te veranderen, waardoor het universum snel uitdijt. Hoewel de meeste wetenschappers er voor zijn om de natuurkunde niet bij te werken, blijft het probleem onopgelost.
PS
Maar over wat we zien * (met behulp van telescopen en instrumenten) is het licht van lang gedoofde sterren uitgesloten, maar waarom?
Immers, het licht van een ster dat op tijd naar ons toekomt - u kunt tellen.. (berekenen) niet precies, maar ongeveer. Dat wil zeggen, wat we nu al in de plaats van een schijnbaar heldere ster zien, is misschien gewoon een lege ruimte. De ster is er niet meer en we observeren zijn licht.
Bekijk dit videomateriaal om de universele afstanden te begrijpen:
Je zit en denkt na het bekijken van deze video's, maar wie zijn WIJ, wat zijn WIJ?
We denken
Wij geloven dat …
We begrijpen het
Ehh..
Auteur: Slavik Yablochny
